YOLOV7基于自定义数据集训练专属于自己的目标检测模型
0.引言
YOLOv7作为YOLO系列的又一大巅峰之作，下面将介绍利用自己的数据集训练YOLOv7模型。
github代码链接：https://github.com/WongKinYiu/yolov7 目前版本为v0.1
运行环境如下：
- ubuntu20.04
- cuda11.0
- cudnn8.0.4
- python3.8
- torch1.12.0
- torchvision0.11.0
1.数据集准备
（1）把yolov7克隆到本地
git clone https://github.com/WongKinYiu/yolov7.git
（2）指定格式存放数据集
在data目录下新建Annotations, images, ImageSets, labels 四个文件夹
images目录下存放数据集的图片文件
Annotations目录下存放图片的xml文件（labelImg标注）
目录结构如下所示
.
├── ./data
│ ├── ./data/Annotations
│ │ ├── ./data/Annotations/fall_0.xml
│ │ ├── ./data/Annotations/fall_1000.xml
│ │ ├── ./data/Annotations/fall_1001.xml
│ │ ├── ./data/Annotations/fall_1002.xml
│ │ ├── ./data/Annotations/fall_1003.xml
│ │ ├── ./data/Annotations/fall_1004.xml
│ │ ├── ...
│ ├── ./data/images
│ │ ├── ./data/images/fall_0.jpg
│ │ ├── ./data/images/fall_1000.jpg
│ │ ├── ./data/images/fall_1001.jpg
│ │ ├── ./data/images/fall_1002.jpg
│ │ ├── ./data/images/fall_1003.jpg
│ │ ├── ./data/images/fall_1004.jpg
│ │ ├── ...
│ ├── ./data/ImageSets
│ └── ./data/labels
│ ├── ./data/coco.yaml
│ ├── ./data/hyp.scratch.p5.yaml
│ ├── ./data/hyp.scratch.p6.yaml
│ ├── ./data/hyp.scratch.tiny.yaml
├── ./cfg
├── ./detect.py
├── ./figure
├── ./hubconf.py
├── ./inference
├── ./models
├── ./README.md
├── ....
（3）按比例划分数据集
在yolov7根目录下新建一个文件splitDataset.py
随机分配训练/验证/测试集图片，代码如下所示：
import os
import random
trainval_percent = 0.9
train_percent = 0.9
xmlfilepath = 'data/Annotations'
txtsavepath = 'data/ImageSets'
total_xml = os.listdir(xmlfilepath)
num = len(total_xml)
list = range(num)
tv = int(num * trainval_percent)
tr = int(tv * train_percent)
trainval = random.sample(list, tv)
train = random.sample(trainval, tr)
ftrainval = open('data/ImageSets/trainval.txt', 'w')
ftest = open('data/ImageSets/test.txt', 'w')
ftrain = open('data/ImageSets/train.txt', 'w')
fval = open('data/ImageSets/val.txt', 'w')
for i in list:
name = total_xml[i][:-4] + '\n'
if i in trainval:
ftrainval.write(name)
if i in train:
ftrain.write(name)
else:
fval.write(name)
else:
ftest.write(name)
ftrainval.close()
ftrain.close()
fval.close()
ftest.close()
（4）将xml文件转换成YOLO系列标准读取的txt文件
在同级目录下再新建一个文件XML2TXT.py
注意classes = [“…”]一定需要填写自己数据集的类别，在这里我是一个类别"fall"，因此classes = [“fall”]，代码如下所示：
如果数据集中的类别比较多不想手敲类别的，可以使用（5）中的脚本直接获取类别，同时还能查看各个类别的数据量，如果不想可以直接跳过（5）。
# -*- coding: utf-8 -*-
# xml解析包
import xml.etree.ElementTree as ET
import pickle
import os
from os import listdir, getcwd
from os.path import join
sets = ['train', 'test', 'val']
classes = ['fall']
# 进行归一化操作
def convert(size, box): # size:(原图w,原图h) , box:(xmin,xmax,ymin,ymax)
dw = 1./size[0] # 1/w
dh = 1./size[1] # 1/h
x = (box[0] + box[1])/2.0 # 物体在图中的中心点x坐标
y = (box[2] + box[3])/2.0 # 物体在图中的中心点y坐标
w = box[1] - box[0] # 物体实际像素宽度
h = box[3] - box[2] # 物体实际像素高度
x = x*dw # 物体中心点x的坐标比(相当于 x/原图w)
w = w*dw # 物体宽度的宽度比(相当于 w/原图w)
y = y*dh # 物体中心点y的坐标比(相当于 y/原图h)
h = h*dh # 物体宽度的宽度比(相当于 h/原图h)
return (x, y, w, h) # 返回 相对于原图的物体中心点的x坐标比,y坐标比,宽度比,高度比,取值范围[0-1]
# year ='2012', 对应图片的id（文件名）
def convert_annotation(image_id):
'''
将对应文件名的xml文件转化为label文件，xml文件包含了对应的bunding框以及图片长款大小等信息，
通过对其解析，然后进行归一化最终读到label文件中去，也就是说
一张图片文件对应一个xml文件，然后通过解析和归一化，能够将对应的信息保存到唯一一个label文件中去
labal文件中的格式：calss x y w h 同时，一张图片对应的类别有多个，所以对应的ｂｕｎｄｉｎｇ的信息也有多个
'''
# 对应的通过year 找到相应的文件夹，并且打开相应image_id的xml文件，其对应bund文件
in_file = open('data/Annotations/%s.xml' % (image_id), encoding='utf-8')
# 准备在对应的image_id 中写入对应的label，分别为
# <object-class> <x> <y> <width> <height>
out_file = open('data/labels/%s.txt' % (image_id), 'w', encoding='utf-8')
# 解析xml文件
tree = ET.parse(in_file)
# 获得对应的键值对
root = tree.getroot()
# 获得图片的尺寸大小
size = root.find('size')
# 如果xml内的标记为空，增加判断条件
if size != None:
# 获得宽
w = int(size.find('width').text)
# 获得高
h = int(size.find('height').text)
# 遍历目标obj
for obj in root.iter('object'):
# 获得difficult ？？
difficult = obj.find('difficult').text
# 获得类别 =string 类型
cls = obj.find('name').text
# 如果类别不是对应在我们预定好的class文件中，或difficult==1则跳过
if cls not in classes or int(difficult) == 1:
continue
# 通过类别名称找到id
cls_id = classes.index(cls)
# 找到bndbox 对象
xmlbox = obj.find('bndbox')
# 获取对应的bndbox的数组 = ['xmin','xmax','ymin','ymax']
b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text),
float(xmlbox.find('ymax').text))
print(image_id, cls, b)
# 带入进行归一化操作
# w = 宽, h = 高， b= bndbox的数组 = ['xmin','xmax','ymin','ymax']
bb = convert((w, h), b)
# bb 对应的是归一化后的(x,y,w,h)
# 生成 calss x y w h 在label文件中
out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')
# 返回当前工作目录
wd = getcwd()
print(wd)
for image_set in sets:
'''
对所有的文件数据集进行遍历
做了两个工作：
１．将所有图片文件都遍历一遍，并且将其所有的全路径都写在对应的txt文件中去，方便定位
２．同时对所有的图片文件进行解析和转化，将其对应的bundingbox 以及类别的信息全部解析写到label 文件中去
最后再通过直接读取文件，就能找到对应的label 信息
'''
# 先找labels文件夹如果不存在则创建
if not os.path.exists('data/labels/'):
os.makedirs('data/labels/')
# 读取在ImageSets/Main 中的train、test..等文件的内容
# 包含对应的文件名称
image_ids = open('data/ImageSets/%s.txt' % (image_set)).read().strip().split()
# 打开对应的2012_train.txt 文件对其进行写入准备
list_file = open('data/%s.txt' % (image_set), 'w')
# 将对应的文件_id以及全路径写进去并换行
for image_id in image_ids:
list_file.write('data/images/%s.jpg\n' % (image_id))
# 调用 year = 年份 image_id = 对应的文件名_id
convert_annotation(image_id)
# 关闭文件
list_file.close()
（5）查看自定义数据集标签类别及数量
在同级目录下再新建一个文件ViewCategory.py，将代码复制进去
import os
from unicodedata import name
import xml.etree.ElementTree as ET
import glob
def count_num(indir):
label_list = []
# 提取xml文件列表
os.chdir(indir)
annotations = os.listdir('.')
annotations = glob.glob(str(annotations) + '*.xml')
dict = {} # 新建字典，用于存放各类标签名及其对应的数目
for i, file in enumerate(annotations): # 遍历xml文件
# actual parsing
in_file = open(file, encoding='utf-8')
tree = ET.parse(in_file)
root = tree.getroot()
# 遍历文件的所有标签
for obj in root.iter('object'):
name = obj.find('name').text
if (name in dict.keys()):
dict[name] += 1 # 如果标签不是第一次出现，则+1
else:
dict[name] = 1 # 如果标签是第一次出现，则将该标签名对应的value初始化为1
# 打印结果
print("各类标签的数量分别为：")
for key in dict.keys():
print(key + ': ' + str(dict[key]))
label_list.append(key)
print("标签类别如下：")
print(label_list)
if __name__ == '__main__':
# xml文件所在的目录，修改此处
indir = 'data/Annotations'
count_num(indir) # 调用函数统计各类标签数目
至此数据集的准备已经就绪，索引文件在data目录下的train.txt/val.txt/test.txt
2.训练配置准备
（1）安装requirements
首先需要先利用终端进入yolov7文件夹，创建python环境，这里以Anaconda举例
cd yolov7
conda create -n yolov7 python=3.8
conda activate yolov7
pip install -r requirements.txt
（2）修改模型配置文件
进入cfg/training文件夹，选择需要训练的模型配置文件，这里选择yolov7.yaml，将其中的nc修改为自己的类别数量，这里修改为1
# parameters
nc: 1 # number of classes
depth_multiple: 1.0 # model depth multiple
width_multiple: 1.0 # layer channel multiple
# anchors
anchors:
- [12,16, 19,36, 40,28] # P3/8
- [36,75, 76,55, 72,146] # P4/16
- [142,110, 192,243, 459,401] # P5/32
# yolov7 backbone
backbone:
# [from, number, module, args]
[[-1, 1, Conv, [32, 3, 1]], # 0
[-1, 1, Conv, [64, 3, 2]], # 1-P1/2
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]], # 3-P2/4
[-1, 1, Conv, [64, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [64, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[[-1, -3, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]], # 11
[-1, 1, MP, []],
[-1, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-3, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],
[[-1, -3], 1, Concat, [1]], # 16-P3/8
[-1, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[[-1, -3, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]], # 24
[-1, 1, MP, []],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-3, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
[[-1, -3], 1, Concat, [1]], # 29-P4/16
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[[-1, -3, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [1024, 1, 1]], # 37
[-1, 1, MP, []],
[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]],
[-3, 1, Conv, [512, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
[[-1, -3], 1, Concat, [1]], # 42-P5/32
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[[-1, -3, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [1024, 1, 1]], # 50
]
# yolov7 head
head:
[[-1, 1, SPPCSPC, [512]], # 51
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
[37, 1, Conv, [256, 1, 1]], # route backbone P4
[[-1, -2], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[[-1, -2, -3, -4, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]], # 63
[-1, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
[24, 1, Conv, [128, 1, 1]], # route backbone P3
[[-1, -2], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [64, 3, 1]],
[[-1, -2, -3, -4, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [128, 1, 1]], # 75
[-1, 1, MP, []],
[-1, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-3, 1, Conv, [128, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],
[[-1, -3, 63], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [128, 3, 1]],
[[-1, -2, -3, -4, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]], # 88
[-1, 1, MP, []],
[-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-3, 1, Conv, [256, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
[[-1, -3, 51], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]],
[-2, 1, Conv, [512, 1, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[-1, 1, Conv, [256, 3, 1]],
[[-1, -2, -3, -4, -5, -6], 1, Concat, [1]],
[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]], # 101
[75, 1, RepConv, [256, 3, 1]],
[88, 1, RepConv, [512, 3, 1]],
[101, 1, RepConv, [1024, 3, 1]],
[[102,103,104], 1, IDetect, [nc, anchors]], # Detect(P3, P4, P5)
]
（3）修改数据加载配置文件
进入data/文件夹，新建fall.yaml，内容如下：
train: ./data/train.txt
val: ./data/val.txt
test: ./data/test.txt
# number of classes
nc: 1
# class names
names: ['fall']
至此，配置文件修改完成
3.训练检测模型
yolov7仓库中有两个训练脚本，一个叫train.py，一个叫train_aux.py，前者是训练P5的模型，包含yolov7-tiny、yolov7-tiny-silu、yolov7、yolov7x，后者是训练P6的模型，包含yolov7-w6、yolov7-e6、yolov7-d6、yolov7-e6e。
# 训练P5模型
python train.py --weights yolov7.pt --data data/fall.yaml --epochs 300 --batch-size 8 --cfg cfg/training/yolov7.yaml --workers 0 --device 0 --img-size 640 640
# 训练P6模型
python train_aux.py --weights yolov7-e6e.pt --data data/fall.yaml --epochs 300 --batch-size 8 --cfg cfg/training/yolov7-e6e.yaml --workers 0 --device 0 --img-size 1280 1280
其中，–weights是指预训练模型权重，可以去yolov7官方链接下载，指定到相应目录下（推荐），如果没有配置网络可能会存在git不了权重文件
–data是指数据加载文件路径
–epoch是指模型训练轮次
–batch-size是指一批次输入多少数据一起训练，根据自己显卡的显存决定
–cfg是指模型加载文件路径，关于–cfg中的training和deploy可以参考这篇文章：training和deploy的区别
–workers是指dataloader同时读取多少个进程，如果num_worker设为0，意味着每一轮迭代时，dataloader不再有自主加载数据到RAM这一步骤（因为没有worker了），而是在RA中找batch，找不到时再加载相应的batch。缺点当然是速度慢。设置为0可以避免一些错误发生
–device是指选用几号GPU
–img-size是指训练集和测试集图像大小，可选640或1280等
–rect是指是否采用矩阵推理的方式去训练模型，采用矩阵推理就不要求送入的训练的图片是正方形
–resume断点续训
–evolve超参数进化，模型提供的默认参数是通过在COCO数据集上使用超参数进化得来的
–linear-lr利用余弦函数对训练中的学习率进行调整
如果计算机上存在多张GPU卡，则可以使用分布式训练方法：
# 训练P5模型
python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node 4 --master_port 9527 train.py --workers 8 --device 0,1,2,3 --sync-bn --batch-size 8 --data data/fall.yaml --img 640 640 --cfg cfg/training/yolov7.yaml --weights '' --name yolov7 --hyp data/hyp.scratch.p5.yaml
# 训练P6模型
python -m torch.distributed.launch --nproc_per_node 8 --master_port 9527 train_aux.py --workers 8 --device 0,1,2,3,4,5,6,7 --sync-bn --batch-size 8 --data data/fall.yaml --img 1280 1280 --cfg cfg/training/yolov7-e6e.yaml --weights '' --name yolov7-w6 --hyp data/hyp.scratch.p6.yaml
4.测试模型性能
使用test.py文件可以对训练出的模型进行测试，与训练命令基本类似，但是这里需要注意的是，需要把：
# 训练P5模型
python test.py --weights exp/best.pt --data data/fall.yaml --batch-size 8 --device 0 --img-size 640 640
5.实战检测模型性能
# 使用摄像头进行目标检测，--source可以设置为图片文件夹/rtsp流地址/视频地址等
python detect.py --weights runs/train/exp/weights/best.pt --source 0
6.导出模型
使用export.py脚本，可以导出成中间格式的onnx模型
python export.py --weights runs/train/exp/best.pt
–weights是通过yolov7训练得到的pt文件，一般存在于runs/train下面的文件夹中，导出后，方便后续部署（onnx/tensorrt/openvino/coreml）
7.后续
导出模型后，GPU环境下可以使用tensorrt进行部署，详情可以参考我这篇文章：
YOLOv7系列教程：二、使用onnx导出成tensorrt模型，实现高性能部署，包含opencv多线程、图像队列存取、自动保存xml和jpg等模块
CPU环境下可以使用openvino进行部署，详情可以参考我这篇文章：
YOLOv7系列教程：三、使用onnx导出成openvino模型，并调用接口进行摄像头推理预测
不同模型对比结果可以看这篇：
YOLOv8（n/s/m/l/x）&YOLOv7(yolov7-tiny/yolov7/yolov7x)&YOLOv5（n/s/m/l/x）不同模型参数/性能对比（含训练及推理速度）
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